维修电工技师理论培训讲义

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1、维修电工技师 理论培训讲义,第一部分 电子技术基础,本节应重点拿捏各种典型电子电路的功能、工作原理、性能指标和分析方法、 电力半导体器件的结构、原理、特性和主要参数、使用与保护知识。,模拟电子电路,一、晶体管放大电路 放大电路的特点是电路中同时存在直流量和交流量，而且晶体管是非线性器件。 电压放大电路一般工作在小信号状态，即输入信号为mV级，甚至更小，而电路各处电流也较小。电压放大电路的重点是电压放大性能，即要求电压放大倍数足够大，输出波形不失真，工作稳定。,静态工作点,静态工作点稳定的放大电路,条件：I2IB，则,与温度基本无关。,直流回路,调节过程,（1）静态分析,（2）动态分析,IB=4

2、0A的输出特性曲线,由UCE=UCCIC（RC+RE）所决定的直流负载线,两者的交点Q就是静态工作点,过Q点作水平线，在纵轴上的截距即为ICQ,过Q点作垂线，在横轴上的截距即为ICQ,图解静态工作点,集成运算放大器,虚断：I+与I-分别为0 虚短：+、-输入端电压近似相等,数字电子电路,数字信号是一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值（逻辑1和逻辑0）。 有两种逻辑体制： 正逻辑体制规定：高电平为逻辑1，低电平为逻辑0。 负逻辑体制规定：低电平为逻辑1，高电平为逻辑0。,下图为采用正逻辑体制所表的示逻辑信号：,下图为采用负逻辑体制所表的示逻辑信号：,集成触发器,双稳态触

3、发器简称触发器，它具有两个稳定的工作状态在适当的输入信号作用下，两种状态可以转换，当输入信号消失后，触发器状态保持不变。触发器具有记亿和存储的功能，它在某一时刻的输出不仅和当时的输入状态有关，而且还和在此之前的电路状态有关。,RS触发器,电路组成和逻辑符号,信号输入端，低电平有效。,1、基本RS触发器,功能表,基本RS触发器的特点,（1）触发器的次态不仅与输入信号状态有关，而且与触发器原来的状态有关。 （2）电路具有两个稳定状态，在无外来触发信号作用时，电路将保持原状态不变。 （3）在外加触发信号有效时，电路可以触发翻转，实现置0或置1。 （4）在稳定状态下两个输出端的状态和必须是互补关系，即

4、有约束条件。,C0时，触发器保持原来状态不变。,C1时，工作情况与基本RS触发器相同。,2、同步RS触发器,在数字电路中，凡根据输入信号R、S情况的不同，具有置0、置1和保持功能的电路，都称为RS触发器。,功能表,主要特点,波形图,（1）时钟电平控制。在CP1期间接收输入信号，CP0时状态保持不变，与基本RS触发器相比，对触发器状态的转变增加了时间控制。 （2）R、S之间有约束。不能允许出现R和S同时为1的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。,不变,不变,不变,不定,置1,置0,置1,D触发器,C=0时触发器状态保持不变。C=1时，根据同步RS触发器的逻辑功能可知，如果D=0，则R=1，S=

5、0，触发器置0；如果D=1，则R=0，S=1，触发器置1。,波形图,在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号D情况的不同，具有置0、置1功能的电路，都称为D触发器。,CP=1期间有效,主从JK触发器,0,1,功能表,波形图,（1）分辨率 A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为05V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2820mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2121.22mV。 （2）相对精度 在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差

6、。 （3）转换速度 转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。,模数转换器的主要技术指标,（1）分辨率 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。 分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为： （2）转换精度 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。 （3）输出建立时间 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所

7、需要的时间，称为输出建立时间。,数模转换器的主要技术指标,电力半导体器件,常用的电力半导体器件有： 普通晶闸管（SCR）、 门极关断晶闸管(GTO)、 电力晶体管(GTR)、 电力MOS场效应晶体管(MOSFET）、 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、 MOS栅控晶闸管(MCT) 功率集成电路(PIC)等,电力晶体管,电力晶体管(简称GTR)属于电流控制型器件，是一种耐压高、电流容量大的双极型大功率品体管。其基本结构和工作原理与小功率晶体管类似，也有PNP型和NPN型两种。 在电力电子技术中，电力晶体管作为大功率的开关器件，主要工作于截止和饱和两种状态,安全工作区（SOA）,最高电压UCCM、集

8、电极最大电流ICM、最大耗散功率PCM、二次击穿临界线限定,GTR的二次击穿现象,一次击穿 集电极电压升高至击穿电压时，IC迅速增大，出现雪崩击穿 只要IC不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变 二次击穿 一次击穿发生时IC增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降 常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变,GTR的基极驱动,驱动电路,典型基极电流波形,GTR对基极驱动的一般要求是： 开通时要过驱动(IBIB1)，以缩短晶体管的导通时间； 正常导通时要浅饱和(IB=IB2)，以利于晶体管的关断； 关断时要反偏(IB=IB3)，以缩短晶体管的关断时间。,GTR具有控制

9、方便、开关时间短、高频特性好和通态压降较低等优点，其主要缺点是存在局部过热引起的二次击穿现象。目前，GTR的最大容量为1200V400A，最佳工作频率约为110kHz，适用于500VA以下的应用场合。,电力场效应晶体管,电力MOSFET的特点是驱动简单。驱动功率小，而且开关时间很短，一般为ns数量级，工作作频率可达：50100kHz，其控制较为方便。热稳定性好风没有二次击穿现象，耐过流和抗干扰能力强，安全工作区(S0A)宽，但其容量较小，耐压较低。目前电力M0SFET的耐压等级为1000V电流等级为200A，因此电力M0SFET 现主要用于各种小容量电力电子装置。,绝缀栅双极型晶体管(IGBT

10、）,绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)是由单极型MOS管和双极型GTR复合而成的新型功率器件，它既具有单极型MOS管的输入阻抗高、开关速度快的优点，又具有双极型电力晶体管的电流密度高、导通压降低的优点。,属于电压控制型功率器件,器件电流的选择,选择器件的额定电流时，必须考虑到不同器件额定电流的表示方法有所不同，如普通晶闸管、快速晶闸管的额定电流是工频正弦半波电流(波形系数Kf1.57)平均值，而双向晶闸管用电流的有效值表示，GTO、GTR、MOSFET和IGBT等则用电流的峰值表示，因此必须根据实际使用的器件来选择器件的额定电流。,电力电子器件器件的保护,过电压的产生及过电压保护 过电流保护

11、缓冲电路,过电压的产生,外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程等外因 操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起 雷击过电压：由雷击引起 内因过电压：主要来自电力电子装置内部器件的开关过程 换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。 关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。,电力电子装置可能的过电压 外因过电压和内因过电压,过电压保护,过电压保护措施,图 过电压抑制措施及配置位置 F避雷器 D变压器静电屏蔽层 C静电感应过电压抑制电容 RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路 RC2阀侧浪

12、涌过电压抑制用反向阻断式RC电路 RV压敏电阻过电压抑制器 RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路 RC4直流侧RC抑制电路 RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路,过电流保护,过电流过载和短路两种情况,同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。 电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分 区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。,过电流保护措施及配置位置,过电流保护,全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率装置或器件裕度较大的场合。 短路保护：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。 对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器

13、件，需采用电子电路进行过电流保护。 常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节，响应最快 。,快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两种,缓冲电路,关断缓冲电路（du/dt抑制电路）吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。 开通缓冲电路（di/dt抑制电路）抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。 复合缓冲电路关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合。 按能量的去向分类法：耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路（无损吸收电路）。 通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路。,缓冲电路(Snubber Circuit) ： 又称吸收电路，抑制

14、器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。,缓冲电路,缓冲电路作用分析 无缓冲电路： 有缓冲电路：,di/dt抑制电路和 充放电型RCD缓冲电路及波形 a) 电路 b) 波形,关断时的负载线,缓冲电路,充放电型RCD缓冲电路，适用于中等容量的场合。,di/dt抑制电路和 充放电型RCD缓冲电路及波形 a) 电路,其中RC缓冲电路主要用于小容量器件，而放电阻止型RCD缓冲电路用于中或大容量器件。,另外两种常用的缓冲电路 RC吸收电路 放电阻止型RCD吸收电路,第二章 电机,本章主要介绍直流电机和交流电机的工作原理、 机械特性、运行状态及特点； 控制电机的特点与应用,直

15、流电机工作原理,换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上,直流电机的结构与分类,直流的结构 定子 作用是产生磁场和作电机的机械支撑，它包括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承、电刷装置等。 转子又称电枢，是用来产生感应电动势实现能量转换的关键部分。它包括电枢铁心和电枢绕组、换向器、转轴、风扇等。,机座,磁极,励磁 绕组,转子,直流电动机的分类,按它励磁绕组在电路中联接方式（即励磁方式）可分为他励、并励、串励和复励四种。 他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由不同的直流电源供电。 并励电动机励磁绕组和电枢绕组并联，由同一直流电源供电。 串励电动机励

16、磁绕组和电枢绕组串联后接于直流电源。 复励电动机有并励和串励两个绕组，它们分别与电枢绕组并联和串联。,直流电机的铭牌数据,凡表征电机额定运行情况的各种数据，称为额定值。额定值一般都标注在电机的铭牌上，所以也称为铭牌数据，它是正确合理使用电机的依据。 额定电压 UN（ V） 在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机）的电压。 额定电流IN （A） 在额定情况下，允许电机长期流出或流入的电流。 额定功率（额定容量）PN （kW） 电机在额定情况下允许输出的功率。 额定转速nN（rmin） 在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。 额定效率N 输出功率与输入功率之比，称为电机的额定效率,感应电势 电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用E表示）。根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，其大小为： 电磁转矩,